SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

Pi|o`d
=JmT:enV
在本课中，我们将应用一些最新的工具，来判定透镜的性能是否可以进一步提高。 2it?$8#i
这是初始结构，包含三个视场点的MTF曲线。（输入MMF，选择多色选项，然后单击执行。）（下图中开关85打开后，显示红色的红外波长。）

jmeRrnC}
RLE g&{9VK6.
    ID EXAMPLE LENS    53 TiH)5
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 B/n[m@O
    CORDER    1    3    2 $kQ~d8 O
    APS                -11 {^N[("`
    TEMPERATURE        30.00000 HJY2#lSha6
    WAP                3 r hfb ftw
    GTZ ccL~#c0P7
    UNITS MM h\'n**f_x
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 4 uQT5
    6.24500 4!wR_@W^El
\nP>:5E1
        0    AIR & GreN
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 Pfs;0}h5
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 nqf,4MR
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 L{c q, jk
        1    CTE    0.500000E-06 ,#8e_3Z$
        1    GTB U    'FUSILICA    ' !Ta>U^7
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR .c$316
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 8}(]]ayl
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 m?&1yU9
        3    CTE    0.806000E-05 @62Mk},9 c
        3    GTB S    'N-LAF2    ' ^7Fh{q4IE
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR ?y!E-&
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 nakYn
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 3@]SKfoo1
        5 CTE    0.710000E-05 C7O6qpO
        5 GTB S    'N-BK7    ' -(bkr+N
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR n-@j5w+k4
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 +U3m#Y)k
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 mbueP.q[?
        7 CTE    0.710000E-05 h3;bxq!q
        7 GTB S    'N-BK7    ' [#sz WNfU
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR nt@aYXK4|
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 (V HL{rj
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 &sd}ulEg`
        9 CTE    0.710000E-05 @i*|s~15
        9 GTB S    'N-BK7    ' Y(d$
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR Q0ON9gqqv
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 EEW_gFn
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR VZl6t;cn
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 :*2ud(
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 /ID?DtJ
        12 CTE    0.846000E-05 E)fglYWs2
        12 GTB S    'N-SF57    ' Dmu/RD5X:
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR C;vtY[}<
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 pLzk
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 :dqn h
        14    CTE    0.710000E-05 J`^I./
        14    GTB S    'N-BK7    ' #&7}-"Nd
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR eh5gjSqx
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 lgtC|kM=
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 MHC^8VL
        16    CTE    0.806000E-05 O7$hYk
        16    GTB S    'N-LAF2    ' E\4 +_L_j
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR UCClWr
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 >cCR2j,r
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 ok4@N @
        18    CTE    0.806000E-05 5EfS^MRf\n
        18    GTB S    'N-LAF2    ' !dC<4qZ\C
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR h|"9LU4a
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 JC3m.)/
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 '&|=0TDd+
        20    CTE    0.710000E-05 A`}rqhU.{-
        20    GTB S    'N-BK7    ' heK7pH7;d
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR i|m3mcI%2
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR 6<ZkJ:=
    END

该透镜在近红外光工作，工作数 F / 3.5，且是远心的，具有低畸变，受衍射限制。初步评价，这种设计并不差，只有不到1/4波长的像差。
视场上的最大畸变刚刚超过½微米，远心距离的最大偏差约为0.01弧度。性能还不错- 但如果我们能够进一步提高它的性能，这将为我们提供更多的公差余地。
这是我们的优化MACro：

wL:flH@
    CHG LmnymcH
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field i0$kit
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number "PpN0Rr
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END A?pbWt~}
8!Ww J Oe
    PANT oT>(V]*5
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location fL=~NC"
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows >b{q.
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 &Ob!4+v/GP
    END M!XsJ<jN/
vsl]92xI
    AANT -xA2pYz"
    AEC                                ! monitor feathered edges eF3,2DDC
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm gY8>6'~mS
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant {R?U.eJW
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 lH6OcD:kj
[6XF=L,!
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 x}8yXE"
bq:(u4 3
    S P YA .5 Q{5kxw1ZF
~"kb7Fxp
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field &H`jL4S
De(Hw& IV
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 YS*9t Q{
    GNO 0 0.05 4 M 1 END k+ty>bP=
cZ2kYn8
    SNAP                            ! get snapshot every iteration xM&Wgei]10
    SYNO 30                            ! optimize for 30 cycles.

（创建这组光线网格像差的最简单方法是使用MACro编辑器中的Ready Made Raysets按钮。在这种情况下，我们选择了第8组，它创建了横向目标和OPD目标，然后选择删除横向目标并且在全视场增加OPD目标的权重.Bare-bones Rayset对话框也可以这样做，然后有更多选项。）
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。透镜有所改善。

现在让我们使用一些强大的工具。首先，我们运行自动元件删除功能。这会找到可以移除的元件，而对评价函数的性能降低最小。为此，我们只需添加该行命令

tE`u(B,
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19.

将该命令加到PANT命令之前，然后重新优化。该程序显示可以移除表面14处的镜片。我们允许它删除该元件，然后对其进行优化和模拟退火（在注释掉AED行之后，我们不会删除另一个元件或删除顶部的CHG文件）。

正如预期的那样，透镜性能有所下降，但仍然不错。现在我们将使用元件自动插入功能，以查看透镜是否会恢复到以前的镜片数，结果是否比起始透镜更好？
为此，我们将AED线更改为

Z*= $8e@
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17.

并再次运行MACro。（如果您有多核电脑，则在MACro的顶部还应添加以下命令，其中nb是核心数。这将以更快的速度运行AEI。）

V^Q#:@0
CORE nb

在MACro的顶部，其中nb是核心数。这将以更快的速度运行AEI。）
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量

G#u6Am)T
VY 12 GLM

到PANT文件，所以新元件上的玻璃模型可以变化，注释掉AEI命令行，重新优化并模拟退火。

该程序已将透镜内的孔径位置移动到9.如果透镜有固定孔径，我们可以在该元件上切一个凹槽，并获得极好的性能 - 但如果没有，我们会为表面11分配一个真正的孔径，移除 YP1的变量，并再次重新优化。我们得到如下透镜：

lY?QQ01D
    RLE |m^k_d!d
    ID EXAMPLE LENS                                141 f-`)^5E
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 ZOeQ+j)|I
=pS5uR~
    CORDER    1    3    2 ZL&g_jC
    APS                -11 V`XNDNJ:
    TEMPERATURE        30.00000 P'Ux%Q+B>
    WAP                 1 rLI8pA|.
    GTZ 2[O&NdP\Zk
    UNITS MM 6sx'S?Qa*
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 ]dGw2y
    6.24500 pxCK;]
        0    AIR ~&7MkkftM
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 `OXpU,Z 6U
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 10q'Z}34
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 4GY[7^
        1    CTE    0.500000E-06 !O:y@
        1    GTB U    'FUSILICA    ' ]<cK";
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR 3TY5;6
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 ;7E7!t^
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 4,CXJ2
        3    CTE    0.806000E-05 e%@~MQ-
        3    GTB S    'N-LAF2    ' ebUBrxZX
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR ,D]QxbwZ
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 )ttUWy$w
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 UBaAx21x
        5    CTE    0.710000E-05 3L_\`Ia9
        5    GTB S    'N-BK7    ' i]6`LqlO
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR 2\jPv`Ia
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 @Z\,q's
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 -bT)]gA2
        7    CTE    0.710000E-05 ifUGY[L
        7    GTB S    'N-BK7    ' qB0E_y)a
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR YW_Q\|p]M
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 zMm#Rhn
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 -EkWs/'h
        9 CTE    0.710000E-05 t\{'F7
        9 GTB S    'N-BK7    ' |:xYE{*)H
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR ;*:]*|bw
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR |"/8XA
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 :D%"EJ
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 lOuHVa*}
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR +;N2p1ZBf
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 j/r]wd"aUS
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 Crho=RJPR
        14    CTE    0.846000E-05 mKL<<L[
        14    GTB S    'N-SF57    ' JORGj0v
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR v9w'!C)b
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 %l}D.ml
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 J'SZ
        16    CTE    0.806000E-05 g`vny)\7/
        16    GTB S    'N-LAF2    ' nrxo&9[@n
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR "$ Y_UJT7
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 U(Nu%
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 G7qG$wd8h
        18    CTE    0.806000E-05 ftvG\Tf
        18    GTB S    'N-LAF2    ' K?B{rE Lp
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR hbzC#@q
        19    CV    -0.01641741 -@yh>8v
        19    UMC    -0.14286000 Z~oo;xE
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 ]iN'x?Fo
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 #A1Z'y0
        20    CTE    0.710000E-05 >/kcdWl
        20    GTB S    'N-BK7    ' =j5MFX.-o
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR ein4^o<f.
        21    CV    -8.70496644E-18 JJ}0gZ
        21    UMC    -0.14286000 &]e'KdXF
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR cZB7fmq%
    END

该程序在表面14处移除了原始透镜元件，并在12处更换了新镜片。最大畸变现在约为1/4微米（是原来的一半）。然后，我们在表面12处用玻璃模型替换了表面3上使用的玻璃，并重新优化，几乎没有性能损失。（当您自己学习这些课程时，由于退火阶段的随机性，您可能会得到略微不同的结果。）

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